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逐步搞定波形发生器,手把手如何实现任意波形发生器

2019-10-28

波形发生器是当前讨论热点之一,因此诸多朋友投入波形发生器的学习大军之中。对于波形发生器,分类众多。本文主要讲解任意波形发生器,阐述基于Verilog实现的DDS任意波形发生器。如果你对本文内容存在一定兴趣,不妨继续阅读正文部分哦。

DDS是从相位的概念直接合成所需波形的一种频率合成技术。不仅可以产生不同频率的正弦波,而且可以控制波形的初始相位。

一、总体方案实现及系统框图

在该DDS电路组成上,包括基准时钟、频率累加器、相位累加器、幅度/相位转换电路。频率累加器对输入信号进行累加运算,产生频率控制数据,相位累加器对代表频率的M位二进制码进行累加运算,产生后面波形存储器所需的查表地址,幅度/相位转换电路实际上就是一个波形存储器,供查表使用,读出数据送人D/A转换器和低通滤波器。

系统设计原理框图如下:


系统设计原理框图

68c482befc1d4ffcf2eb3c4d87eed1d7.jpg

二、系统组成模块简介

1、顶层模块

顶层模块是系统程序的主模块,它负责将fom查找表、相位累加等模块组装在一起,通过调用的关系使它们组合成为一个有机的整体。在顶层模块中,定义了参考时钟的输入,复位端口,波形输出、频率控制字等。

2、相位累加器模块

相位累加器是决定系统性能的关键部分,主要是利用频率控制字和相位控制字来累加出寻址地址。相位累加器在基准频率信号clk的控制下以频率控制字data为步长进行累加运算,产生需要的频率控制数据,在时钟的控制下把累加的结果作为波形存储器ROM的地址,实现对波形存储器ROM的寻址。由于相位累加模块通过C语言实现比较容易,故我们没有单独成立一个模块,而是将它集成到了顶层模块的一个always语句块中:

case(choose_wave) 2‘b00:begin

sin_ena <= 1’b1;

cos_ena <= 1‘b0;

sawtooth_ena <= 1’b0;

triangle_ena <= 1‘b0;

if(ADD_B > 256) ADD_B <= 0; //关键代码,实现相位累加的功能

else ADD_B <= ADD_A + ADD_B;

end

2’b01:begin

cos_ena <= 1‘b1;

sin_ena <= 1’b0;

sawtooth_ena <= 1‘b0;

triangle_ena <= 1’b0;

if(ADD_B > 256) ADD_B <= 0; //关键代码,实现相位累加的功能

else ADD_B <= ADD_A + ADD_B;

end

2‘b10:begin

sin_ena <= 1’b0;

cos_ena <= 1‘b0;

sawtooth_ena <= 1’b1;

triangle_ena <= 1‘b0;

if(ADD_B > 256) ADD_B <= 0; //关键代码,实现相位累加的功能

else ADD_B <= ADD_A + ADD_B;

end

2’b11:begin

sin_ena <= 1‘b0;

cos_ena <= 1’b0;

sawtooth_ena <= 1‘b0;

triangle_ena <= 1’b1;

if(ADD_B > 256) ADD_B <= 0; //关键代码,实现相位累加的功能

else ADD_B <= ADD_A + ADD_B;

end

default:begin

ADD_B <= 9‘b0;

sin_ena <= 1’b0;

cos_ena <= 1‘b0;

sawtooth_ena <= 1’b0;

triangle_ena <= 1‘b0;

end

endcase

在程序中还出现了一个变量(wave_choose)这是一个用来选择所要输出波形的一个变量,通过它可以控制输出的波形种类(正弦波,余弦波,三角波,锯齿波)。但是由于在设计的时候没有考虑到存在负值的影响,导致最后综合的结果不正确,经过询问老师知道修改方法是将rom查找表中所有采样点的电压负值全部抬高,消除负值,但是由于时间的原因没有来得及修改,也不知道方案修改的结果。

3、查找表

本模块实现的是一个rom存贮器,用于存储采样的波形数据,并提供地址查找的功能。具体实现的过程:

1) 首先使用数学工具计算得到波形采样点,生成mif文件

2) 导入数据采样点,给每一个采样点分配地址,并提供外部寻址的接口,此过程可以通过Quartas Ⅱ来辅助完成

由于我们组的设计时在modelsim下进行的,modelsim面向的是仿真,它不会产生所谓的“rom”这种实际的电路,所以我们没有采用这样的方法,而是简单的使用case语句来实现。虽然这样也能得到预期的效果,但是它却没有真正的生成一个“rom”,根据我组的综合结果来看,使用case语句生成的是一个与输入相关的复杂的逻辑网络,而不是rom那样有一定规则的电路结构。一下是我们使用C语言产生采样点的程序:

void main(){ int i,j = 0;;

FILE *fp;

fp=fopen(“data.txt”,“w”);

for(i=0;i<=256;i++){

//j=255*sin(2*3.14159/256*i)+0.5;//四舍五入

fprintf(fp,“i=%d,\tj=%d\n”,i,j); }

fclose(fp); }

以上便是小编此次带来的有关“波形发生器”的所有相关内容,通过本文,希望大家学会基于Verilog实现的DDS任意波形发生器的所有细节。最后,十分感谢大家的阅读。如果你想了解更多波形发生器相关内容,不妨在本网站进行检索哦。


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